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改進(jìn)反激式開(kāi)關(guān)電源的電池雙向均衡系統(tǒng)
2018-09-17 18:53:39·
3 系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)試
均衡系統(tǒng)的仿真平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)電路與邏輯運(yùn)算處理的動(dòng)態(tài)仿真，因此，本文選取美國(guó)Math Works公司出品的MATLAB軟件作為仿真模型建立的軟件工具，以其中強(qiáng)大的Simulink組件作為仿真平臺(tái)。在SimPowerSystem中參考圖1的電路結(jié)構(gòu)，搭建仿真模型，如圖8所示。
圖8 仿真模型
置仿真系統(tǒng)在1s的步長(zhǎng)下運(yùn)行10000s，輸出六節(jié)串聯(lián)電池的SOC隨運(yùn)行時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖9所示，提取出均衡前后六節(jié)串連電池的SOC值如表1所示。
圖9 擱置均衡下SOC變化曲線(xiàn)圖
表1 均衡前后SOC值
從圖9可以看出，6號(hào)電池的SOC值呈上升趨勢(shì)，其余電池的SOC值處于下降趨勢(shì)，即均衡過(guò)程中整個(gè)電池組在對(duì)6號(hào)電池進(jìn)行充電。對(duì)比六節(jié)電池樣本初始值的設(shè)置，6號(hào)電池初始容量最低，證明均衡過(guò)程中采用的是“補(bǔ)償弱電池”的均衡方式，仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期情況相同。
（1）同時(shí)，4號(hào)電池的SOC值在均衡過(guò)程中出現(xiàn)了小幅度下降，這種情況是由于Simulink系統(tǒng)中的電池模型的SOC估計(jì)值存在一定誤差，且運(yùn)行過(guò)程中電池的開(kāi)路電壓存在一定的波動(dòng)，從而在一定程度上影響電池模型的SOC估計(jì)。
（2）從表1可以看出，均衡過(guò)程前，電池組中SOC極差值為21%；均衡過(guò)程后，電池組中SOC極差值約為7.3%，此時(shí)電池組中開(kāi)路電壓的極差值達(dá)到了0.01V。對(duì)比均衡過(guò)程前后的SOC極差值，減小了13.7%，證明均衡有效。
（3）根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，計(jì)算出均衡過(guò)程前后樣本SOC值的方差分別為290、28.45518，可見(jiàn)電池組中SOC值的離散程度大大降低，電池組一致性得到改善，證明均衡有效。
4結(jié)論
本文以電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池組為研究對(duì)象，完成了基于反激式DC/DC轉(zhuǎn)換器的雙向均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。
均衡系統(tǒng)的仿真平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)電路與邏輯運(yùn)算處理的動(dòng)態(tài)仿真，因此，本文選取美國(guó)Math Works公司出品的MATLAB軟件作為仿真模型建立的軟件工具，以其中強(qiáng)大的Simulink組件作為仿真平臺(tái)。在SimPowerSystem中參考圖1的電路結(jié)構(gòu)，搭建仿真模型，如圖8所示。
圖8 仿真模型
置仿真系統(tǒng)在1s的步長(zhǎng)下運(yùn)行10000s，輸出六節(jié)串聯(lián)電池的SOC隨運(yùn)行時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖9所示，提取出均衡前后六節(jié)串連電池的SOC值如表1所示。
圖9 擱置均衡下SOC變化曲線(xiàn)圖
表1 均衡前后SOC值
從圖9可以看出，6號(hào)電池的SOC值呈上升趨勢(shì)，其余電池的SOC值處于下降趨勢(shì)，即均衡過(guò)程中整個(gè)電池組在對(duì)6號(hào)電池進(jìn)行充電。對(duì)比六節(jié)電池樣本初始值的設(shè)置，6號(hào)電池初始容量最低，證明均衡過(guò)程中采用的是“補(bǔ)償弱電池”的均衡方式，仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期情況相同。
（1）同時(shí)，4號(hào)電池的SOC值在均衡過(guò)程中出現(xiàn)了小幅度下降，這種情況是由于Simulink系統(tǒng)中的電池模型的SOC估計(jì)值存在一定誤差，且運(yùn)行過(guò)程中電池的開(kāi)路電壓存在一定的波動(dòng)，從而在一定程度上影響電池模型的SOC估計(jì)。
（2）從表1可以看出，均衡過(guò)程前，電池組中SOC極差值為21%；均衡過(guò)程后，電池組中SOC極差值約為7.3%，此時(shí)電池組中開(kāi)路電壓的極差值達(dá)到了0.01V。對(duì)比均衡過(guò)程前后的SOC極差值，減小了13.7%，證明均衡有效。
（3）根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，計(jì)算出均衡過(guò)程前后樣本SOC值的方差分別為290、28.45518，可見(jiàn)電池組中SOC值的離散程度大大降低，電池組一致性得到改善，證明均衡有效。
4結(jié)論
本文以電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池組為研究對(duì)象，完成了基于反激式DC/DC轉(zhuǎn)換器的雙向均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。
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